CN205179099U - 一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路 - Google Patents

一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路，包括串口模块、FPGA协议转换模块及以太网模块；串口模块与FPGA协议转换模块的输入端相连，用于接收上位机传输来的信息并将伺服驱动器的反馈信息传输至上位机；FPGA协议转换模块的输出端与以太网模块的输入端相连，完成协议的转换，并传输至以太网模块；以太网模块，将经过协议转换后的信息传输至伺服驱动器实现对伺服驱动器的控制，同时将伺服驱动器的反馈信息通过FPGA协议转换模块传输至串口模块。本实用新型通过FPGA协议转换模块实现对伺服驱动器反馈信息的协议转换，增加了系统的灵活性。

Description

一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路
技术领域
本实用新型涉及协议转换领域，具体涉及一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路。
背景技术
目前，针对某些伺服驱动器的控制必须依靠与该伺服驱动器相配套的控制器，继而导致在伺服驱动器的控制上不够灵活。
松下伺服A5系列驱动器采用日本松下公司发布的RTEX(RealtimeExpressTM)高速实时网络通讯协议，RTEX是松下公司具有自主产权的一项总线技术。基于100Mbps的RTEX网络通讯协议，采用的是环形拓扑结构。要实现对该系列伺服驱动器的控制，需要使用松下专用的PLC或控制芯片。因此若控制系统不使用该伺服专用的松下PLC或控制芯片时，无法实现对该伺服的控制，这在很大程度上限制了系统的灵活性。
本申请旨在设计一种串口协议转松下RTEX协议的模块，通过普通串口(485电平或232电平)实现对松下伺服的控制。
实用新型内容
为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议的方法及电路，本申请包括串口模块，FPGA协议转换模块及以太网模块，实现对协议的转换。
为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路，包括串口模块、FPGA协议转换模块及以太网模块；
串口模块与FPGA协议转换模块的输入端相连，用于接收上位机传输来的信息并将伺服驱动器的反馈信息传输至上位机；
FPGA协议转换模块的输出端与以太网模块的输入端相连，完成协议的转换，并传输至以太网模块；
以太网模块，将经过协议转换后的信息传输至伺服驱动器实现对伺服驱动器的控制，同时将伺服驱动器的反馈信息通过FPGA协议转换模块传输至串口模块。
进一步的，所述串口模块包括隔离型半双工RS-485收发器，将上位机下发的信息转换为TTL电平，并将FPGA协议转换模块输出的TTL电平向485电平转换。
进一步的，所述FPGA协议转换模块包括控制芯片，在FPGA硬件层实现对松下RTEX协议的解析。
进一步的，所述以太网模块包括依次连接的以太网控制芯片、变压器及网络接口。
进一步的，以太网控制芯片用来将FPGA协议转换模块输出的TTL电平信号转化成网络信号，并将网络信号转换成FPGA协议转换模块可接收的TTL电平信号。
一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议的方法，包括以下步骤：
控制数据下发过程：上位机的控制信息传输至串口模块，串口模块完成对控制信息的接收并传输至FPGA协议转换模块；FPGA协议转换模块对接收的来自串口模块的数据进行协议的解析并将解析后的数据传输至以太网模块；以太网模块通过RTEX协议，下发控制信息给松下伺服驱动器；
反馈数据上传过程：以太网模块通过RTEX协议，接收松下伺服驱动器的反馈信息；FPGA协议转换模块对接收的来自以太网模块的反馈信息进行协议的解析并将解析后的数据传输至串口模块；串口模块将反馈信息传输给上位机。
本实用新型的有益效果：
本实用新型通过FPGA协议转换模块实现对伺服驱动器控制信息与反馈信息的协议转换，带有普通串口的上位机就可以实现对松下伺服驱动器的控制，无需使用专用松下PLC或专用松下RTEX协议转换芯片，降低了生产成本。
附图说明
图1本实用新型的整体组成图；
图2串口模块的原理图；
图3以太网控制芯片电路图；
图4变压器与网络接口原理图；
图5控制数据下发流程图；
图6反馈数据上传流程图；
图中，1、串口模块，2、FPGA协议转换模块，3、以太网模块。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型进行详细说明：
如图1，一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路分为三个组成部分：串口模块1，FPGA协议转换模块2，以太网模块3。
其中，串口模块1为485电平，与工控机或者PLC进行串口通讯，可以通过一定的串口协议(modbus协议或hostlink协议等)接收来自上位机的控制信息或者反馈伺服电机的数据。串口模块1的原理图见图2。串口模块1使用ADM2483芯片，这是一种隔离型半双工RS-485收发器。FPGA输入、输出信号均为TTL电平，ADM2483芯片实现TTL电平与485电平的转换，增强抗干扰能力。
串口模块1通过串口协议，接收上位机(工控机或者PLC)下发的控制信息，传输给FPGA协议转换模块。同时接收FPGA协议转换模块上传的反馈信息，上传给上位机。
串口模块1作用是实现电平转换：上位机的串口电平为485电平，FPGA协议转换模块的电平为TTL电平，两者不能直接连接。
FPGA协议转换模块2使用ALTERA公司的EP4CE10系列的FPGA作为控制芯片。FPGA芯片内部程序处理流程为：接收串口模块1传输来的数据，提取其中的控制信息，将控制信息转化成松下RTEX协议指令，通过以太网模块3发送。另一方面，接收以太网模块3上传的松下伺服驱动器的数据，提取其中的有效反馈数据，将反馈数据通过串口模块1以一定的串口协议发送出去。
以太网模块3实现与松下伺服驱动器的网络通信。该模块包含以太网控制芯片、变压器、网络接口。其中，以太网控制芯片为LAN8710A，其控制原理图如图3所示。变压器与网络接口原理图见图4。
以太网模块3中，信息流向：(1)下发数据：由FPGA协议转换模块2传输给以太网控制芯片，接着传输给变压器，再经过网络接口通过网线传输给松下伺服驱动器。(2)反馈数据：伺服驱动器将反馈数据通过网线发送给网口，经过变压器，传输给以太网控制芯片，以太网控制芯片传输给FPGA协议转换模块2。
作用：(1)以太网控制芯片用来将FPGA输出的TTL电平信号转化成网络信号，并将网络信号转换成FPGA可接收的TTL电平信号。(2)变压器实现网络信号隔离，抗干扰。(3)网口用来接插网线。
一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议的方法，包括以下步骤：
如图5所示，控制数据下发过程：上位机的控制信息传输至串口模块1，串口模块1完成对控制信息的接收并传输至FPGA协议转换模块2；FPGA协议转换模块2对接收的来自串口模块1的数据进行协议的解析并将解析后的数据传输至以太网模块3；以太网模块3通过RTEX协议，下发控制信息给松下伺服驱动器；
如图6所示，反馈数据上传过程：以太网模块3通过RTEX协议，接收松下伺服驱动器的反馈信息；FPGA协议转换模块2对接收的来自以太网模块3的反馈信息进行协议的解析并将解析后的数据传输至串口模块1；串口模块1将反馈信息传输给上位机。
应用实例：
假设上位机使用汇川H2U系列PLC，该系列PLC的串口能运行485电平的modbus协议。在该应用中，汇川PLC做modbus协议的从站，串口转松下RTEX模块做modbus协议的主站。串口转松下RTEX模块使用modbus协议的读指令，由串口模块1发送，读取汇川PLC内部相应寄存器的控制数据，比如目标位置、目标速度、加速时间、减速时间等数据。读指令下发后，PLC会反馈所读寄存器的控制数据。反馈的控制数据由串口模块1接收，并由FPGA协议转换模块2将其转化为RTEX协议的伺服指令并通过以太网模块3下发，控制松下伺服动作。松下伺服反馈的控制数据，通过以太网模块3接收，经FPGA协议转换模块2转换后，通过串口模块1发送写指令，将伺服的反馈数据写入到PLC相应寄存器。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路，其特征是，包括串口模块、FPGA协议转换模块及以太网模块；
串口模块与FPGA协议转换模块的输入端相连，用于接收上位机传输来的信息并将伺服驱动器的反馈信息传输至上位机；
FPGA协议转换模块的输出端与以太网模块的输入端相连，完成协议的转换，并传输至以太网模块；
以太网模块，将经过协议转换后的信息传输至伺服驱动器实现对伺服驱动器的控制，同时将伺服驱动器的反馈信息通过FPGA协议转换模块传输至串口模块。
2.如权利要求1所述的一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路，其特征是，所述串口模块包括隔离型半双工RS-485收发器，将上位机下发的信息转换为TTL电平，并将FPGA协议转换模块输出的TTL电平向485电平转换。
3.如权利要求1所述的一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路，其特征是，所述FPGA协议转换模块包括控制芯片，在FPGA硬件层实现对松下RTEX协议的解析。
4.如权利要求1所述的一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路，其特征是，所述以太网模块包括依次连接的以太网控制芯片、变压器及网络接口。
5.如权利要求4所述的一种实现串口协议转高速实时网络通讯协议电路，其特征是，以太网控制芯片用来将FPGA协议转换模块输出的TTL电平信号转化成网络信号，并将网络信号转换成FPGA协议转换模块可接收的TTL电平信号。
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